DE1521439C3 - Deductive copper plating bath - Google Patents
Deductive copper plating bathInfo
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Description
liegt in der Regel zwischen etwa 5 μg/l und 500 mg/1. In jedem Falle muß dafür gesorgt werden, daß die Konzentration so gering gehalten wird, daß der gewünschte Metallabscheidungsvorgang an katalytischen Zentren nicht behindert oder zum Stillstand gebracht wird.is usually between about 5 μg / l and 500 mg / l. In any case, it must be ensured that the concentration is kept so low that the desired Metal deposition process at catalytic centers not hindered or brought to a standstill will.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Bäder ist die Kupferabscheidung mit konstanter Abscheidungsgeschwindigkeit auf allen katalytischen Oberflächen einwandfrei möglich. Als besonders vorteilhaft erweist es sich dabei, daß die Dicke der abgeschiedenen ' Metallschicht über die ganze mit der Badflüssigkeit in Kontakt befindliche Oberfläche konstant ist, und ! zwar vollkommen unabhängig von deren räumlichen Ausgestaltung. Die erfindungsgemäßen Bäder eignenWith the aid of the baths according to the invention, the copper deposition takes place at a constant deposition rate Possible perfectly on all catalytic surfaces. Proves to be particularly beneficial it is thereby that the thickness of the deposited 'metal layer over the whole with the bath liquid surface in contact is constant, and! although completely independent of their spatial Design. The baths according to the invention are suitable
sich daher mit Vorteil zum Verkupfern von kompli- ; ziert geformten Bauteilen, deren Galvanisieren mit Hilfe von bekannten Bädern schwierig oder kaum möglich ist.therefore with advantage for copper plating of compli-; ornamentally shaped components, which are electroplated with The help of known baths is difficult or hardly possible.
Die Oberfläche von Metallen, z.B. von Nickel, ao Kobalt, Eisen, Stahl, Palladium, Platin, Kupfer, · Bronze, Mangan, Chrom, Molybdän, Wolfram, Titan, ' J) Zinn, Gold und Silber, wirkt katalytisch, wohingegen Materialien wie z. B. Glas, Keramik, diverse Kunststoffe und Papier in der Regel nicht katalytisch sind. Um die Oberfläche derartiger Materialien katalytisch zu machen, wird nach üblichen bekannten Verfahren die Oberfläche entweder mit einem extrem dünnen Film eines katalytischen Metalls, z. B. Palladium, überzogen oder mit Partikeln, die katalytische Eigenschäften besitzen, ausgerüstet oder in anderer Weise mit aktiven Zentren versehen. Sobald auf einer katalytischen Oberfläche eine erste Schicht des abzuscheidenden Kupfers liegt, wirkt diese dann selbst katalytisch für den weiteren Metallabscheidungs-Vorgang. Das erfindungsgemäße Bad eignet sich daher auch zum Metallisieren einer großen Vielzahl nichtmetallischer Oberflächen des verschiedensten Typs, z. B. solcher von Silikon-, Phenol- und Epoxid-Harzen, Styrol- und Acrylharzen, Polyvinylchloriden, Polyamiden, Polyestern, ζ. B. solchen aus Äthylenglycol und Terephthalsäure, sowie Acrylnitril-Butadienstyrol-Harzen. The surface of metals, including nickel, ao cobalt, iron, steel, palladium, platinum, copper, · bronze, manganese, chromium, molybdenum, tungsten, titanium, 'J) tin, gold and silver, has a catalytic effect, whereas materials such as z. B. glass, ceramics, various plastics and paper are usually not catalytic. In order to make the surface of such materials catalytic, the surface is either coated with an extremely thin film of a catalytic metal, e.g. B. palladium, coated or equipped with particles that have catalytic properties or otherwise provided with active centers. As soon as a first layer of the copper to be deposited lies on a catalytic surface, this then acts itself catalytically for the further metal deposition process. The bath according to the invention is therefore also suitable for metallizing a wide variety of non-metallic surfaces of the most varied types, e.g. B. those of silicone, phenolic and epoxy resins, styrene and acrylic resins, polyvinyl chlorides, polyamides, polyesters, ζ. B. those made from ethylene glycol and terephthalic acid, and acrylonitrile-butadiene-styrene resins.
)/) Während des Badbetriebs hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Konzentration an Kupfersalz und anderen verbrauchten Komponenten entsprechend der abgeschiedenen Metallmenge zu ergänzen und die Badkonzentration konstant zu halten.) /) It has proven to be useful while the bathroom is in operation proven the concentration of copper salt and other consumed components accordingly to supplement the deposited amount of metal and to keep the bath concentration constant.
Als zweckmäßig hat es sich ferner erwiesen, der Badlösung eine geringe Menge, z. B. weniger als 5 g/l, einer oberflächenaktiven Verbindung zuzusetzen. Typische geeignete derartige Verbindungen sind z. B. organische Phosphatester sowie Natriumoxyäthylate. Autokatalytische Verkupferungsbäder nach der Erfindung finden einen weiten Anwendungsbereich, der von der Kupferbeschichtung für dekorative Zwecke über die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Formkörpern und zur Bezeichnung derselben bis zur Herstellung von metallischen Leitern für den . Stromtransport auf Nichtleitern reicht.It has also proven to be useful to add a small amount of the bath solution, e.g. B. less than 5 g / l to add a surface-active compound. Typical suitable compounds of this type are e.g. B. organic phosphate esters and sodium oxyethylate. Autocatalytic copper plating baths according to the invention find a wide range of applications, from copper coating for decorative purposes to improving the mechanical properties of molded bodies and the designation of the same to the production of metallic conductors for the. Electricity transport on non-conductors is enough.
. Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern.. The following examples are intended to further illustrate the invention explain.
Beispiele Ibis3 (Vergleichsbeispiele)Examples Ibis3 (comparative examples)
Es wurden Verkupferungsbäder hergestellt, die freiCopper plating baths were made that were free
von Cyanverbindungen waren und die folgenden •Zusammensetzungen und Eigenschaften aufwiesen:of cyano compounds and had the following • compositions and properties:
Kupfersulfat 0,05 Mol/l .Copper sulfate 0.05 mol / l.
Diäthyltriaminpentaessigsäure 0,05 Mol/lDiethylenetriaminepentaacetic acid 0.05 mol / l
Natriumborohydrid 0,01 Mol/lSodium borohydride 0.01 mol / l
pH-Wert 13pH 13
Temperatur 25°CTemperature 25 ° C
Kupfersulfat 0,05 Mol/lCopper sulfate 0.05 mol / l
Diäthylentriaminpentaessigsäure 0,05 Mol/l pH-Wert vor Zugabe einerDiethylenetriaminepentaacetic acid 0.05 mol / l pH before adding a
Natriumborohydridlösung .... 12 Natriumborohydridlösung,Sodium borohydride solution .... 12 sodium borohydride solution,
bestehend aus einer 6 %igenconsisting of a 6%
Borohydridlösung in wäßrigemBorohydride solution in aqueous
Natriumhydroxid 30 ml/1 bis 10 ml/1Sodium hydroxide 30 ml / 1 to 10 ml / 1
Kupfersulfat 0,05 Mol/lCopper sulfate 0.05 mol / l
Diäthyltriaminpentaessigsäure 0,05 Mol/l pH-Wert vor Zugabe einer .Natriumborohydridlösung,
bestehend aus einer 6%igen Borohydridlösung in wäßrigem
Natriumhydroxid 5 ml/1Diethylenetriaminepentaacetic acid 0.05 mol / l pH before adding a sodium borohydride solution,
consisting of a 6% borohydride solution in aqueous
Sodium hydroxide 5 ml / 1
Die Bäder nach den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 führten zwar zu glänzenden Kupferniederschlägen, sie neigten jedoch bereits nach relativ kurzen Betriebszeiten zur Selbstzersetzung, und außerdem waren die abgeschiedenen Metallschichten spröde und wenig duktil.The baths according to Comparative Examples 1 to 3 did indeed lead to shiny copper deposits, however, they tended to self-decompose even after a relatively short period of operation, and besides, they were The deposited metal layers are brittle and not very ductile.
B ei spi e14For example, 14
Es wurde ein Bad nach der Erfindung hergestellt, dessen Zusammensetzung und Abscheidungsgeschwindigkeit wie folgt waren:A bath was prepared according to the invention, its composition and rate of deposition were as follows:
Kupfersulfat 0,05 Mol/lCopper sulfate 0.05 mol / l
HEDTA , 0,12 Mol/lHEDTA, 0.12 mol / l
Natriumcyanid 0,008 Mol/lSodium cyanide 0.008 mol / l
Natriumborohydrid 80 mg/1Sodium borohydride 80 mg / 1
Abscheidungsgeschwindigkeit .. 0,1 μ/ηDeposition rate .. 0.1 μ / η
Das den Cyanidzusatz enthaltende Bad war außerordentlich stabil und lieferte duktile Kupferabscheidungen. The bath containing the cyanide additive was extremely stable and produced ductile copper deposits.
B ei sp i e 1 5Example 1 5
Zur Durchführung von Vergleichsversuchen wurden drei Verkupferungsbäder hergestellt, von denenTo carry out comparative tests, three copper plating baths were produced, of which
Bad (a) neben einer Cyanverbindung Formaldehyd als Reduktionsmittel gemäß OE-PS .227 055 enthielt,Bath (a) in addition to a cyano compound formaldehyde as a reducing agent according to OE-PS .227 055 contained
Bad(b) neben einer Cyanverbindung Borhydrid als Reduktionsmittel gemäß vorliegender Erfindung enthielt undBath (b) in addition to a cyano compound borohydride as reducing agent according to the present invention contained and
Bad (c) keine Cyanverbindung, jedoch Borhydrid als Reduktionsmittel gemäß den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 enthielt.Bath (c) no cyano compound, but borohydride as reducing agent according to the comparative examples 1 to 3 contained.
Die Zusammensetzung der Bäder war wie folgt:The composition of the baths was as follows:
Bad (a)Bathroom (a)
HCHO-Bad mit CN"HCHO bathroom with CN "
gemäß Stand deraccording to the status of
Techniktechnology
Bad (b)Bathroom (b)
Borhydrid-BadBorohydride bath
mit CN~ gemäßwith CN ~ according to
Erfindunginvention
Bad (c)Bathroom (c)
Borhydrid-Bad ohne CN- gemäßBorohydride bath without CN according to
Vergleichsbeispiel 1 bis 3 Comparative example 1 to 3
Na5DETPA*) Na 5 DETPA *)
Kupfersulfat Copper sulfate
pH pH
NaBH4 NaBH 4
HCHO (37 %ige Lösung)HCHO (37% solution)
NaCN NaCN
Wasser water
65 g/l
12,5 g/l
1365 g / l
12.5 g / l
13th
6 ml/16 ml / 1
20 mg/120 mg / 1
Ausgleichcompensation
65 g/l
12,5 g/l
13
0,4 g/l65 g / l
12.5 g / l
13th
0.4 g / l
20 mg/1
Ausgleich20 mg / 1
compensation
65 g/l
12,5 g/l
13
0,4 g/l65 g / l
12.5 g / l
13th
0.4 g / l
Ausgleichcompensation
*) Diäthylen-triaminpentaessigsäure, Pentanatriumsalz, 41%ige Lösung.*) Diethylenetriaminepentaacetic acid, pentasodium salt, 41% solution.
In Bad (a) wurde die Molzahl des Formaldehyds so gewählt, daß dessen Reduktionswasserstoff demjenigen des Borhydrids äquivalent war.In bath (a) the number of moles of formaldehyde was chosen so that its reducing hydrogen corresponds to that of borohydride was equivalent.
Gewogene Teststücke aus rostfreien Stahlplatten mit 10 cm2 Oberflächengröße wurden mit Hilfe eines komplexen Palladiumsalzes in üblicher bekannter Weise sensibilisiert, worauf sie in 100 ml-Anteilen der entsprechenden Bäder 16 Stunden lang bei etwa 23°C behandelt wurden. Nach der Trocknung der Prüflinge wurden diese visuell in bezug auf Aussehen des Kupferniederschlags geprüft und erneut gewogen, um die durch Kupferabscheidung bedingte Gewichtszunahme jedes einzelnen Prüflings zu ermitteln. Die erhaltenen Zahlenwerte Wurden durch 8,9 (das spezifische Gewicht des Kupfers) dividiert und mit 103 multipliziert, wodurch die Dicke des Überzuges in Mikron ermittelt wurde.Weighed test pieces made of stainless steel plates with a surface area of 10 cm 2 were sensitized with the aid of a complex palladium salt in a conventionally known manner, after which they were treated in 100 ml portions of the respective baths for 16 hours at about 23 ° C. After the test specimens had dried, they were visually checked for the appearance of the copper precipitate and weighed again in order to determine the increase in weight of each individual test specimen caused by copper deposition. The numerical values obtained were divided by 8.9 (the specific gravity of copper) and multiplied by 10 3 , whereby the thickness of the coating was determined in microns.
Es wurden die folgenden Ergebnisse erhalten:The following results were obtained:
Die mit Bad (a) (Formaldehyd-Cyanidbad gemäß Stand der Technik) verkupferten Prüflinge wiesen einen Kupferüberzug von 1,3 Mikron Dicke auf. Teile der Prüflinge waren an ihrer Oberfläche völlig frei von Kupferablagerung. Das auf der Oberfläche abgelagerte Kupfer zeigte Blasenbildungen und ließ sich leicht ablösen, d. h., daß dessen Haftung schlecht war.The test specimens copper-plated with bath (a) (formaldehyde-cyanide bath according to the state of the art) showed a copper plating 1.3 microns thick. Parts of the test specimens were completely free of Copper deposition. The copper deposited on the surface showed blistering and was easy to peel off, d. that is, its adhesion was poor.
ao Der mit Bad (b), dem erfindungsgemäßen Borhydrid-Cyanidbad, bewirkte Kupferniederschlag wies eine Dicke von 1,6 Mikron auf. Die verkupferten Prüflinge zeigten einen allseitig gleichmäßigen, homogenen und vollständig hell rosa erscheinenden blasenfreien Oberflächenüberzug.ao The one with bath (b), the borohydride-cyanide bath according to the invention, Copper deposited was 1.6 microns thick. The copper-plated ones Test specimens showed a bubble-free appearance that was uniform on all sides, homogeneous and completely light pink Surface coating.
Bei Verwendung des cyanidfreien Borhydrid-Bads (c) betrug die Dicke der Kupferschicht 0,7 Mikron. Die Prüflinge waren zwar gleichmäßig oberflächenverkupfert, doch war das Aussehen der Oberfläche dunkelorange, d. h., daß das Kupfer teilweise oxydiert war. Blasenbildungen waren nicht zu beobachten. Die Ergebnisse zeigen, daß sich das erfindungsgemäße Bad gegenüber den bisher verwendeten Verkupferungsbädern insbesondere durch eine vergrößerte Abscheidungsrate des Kupfers auf der Oberfläche der zu verkupfernden Gegenstände, durch eine verbesserte und insbesondere gleichmäßigere Überzugsbildung sowie durch eine Verbesserung des Haftvermögens des auf der Oberfläche abgeschiedenen Kupferüberzugs, was zu einer längeren Haltbarkeit desselben führt, auszeichnet.When using the cyanide-free borohydride bath (c), the thickness of the copper layer was 0.7 microns. the Although test specimens were uniformly copper-plated on the surface, the appearance of the surface was dark orange, d. that is, the copper was partially oxidized. No blistering was observed. The results show that the bath according to the invention differs from the copper plating baths used hitherto in particular by an increased deposition rate of the copper on the surface of the Objects to be copper-plated, through an improved and, in particular, more uniform coating formation as well as by improving the adhesion of the copper coating deposited on the surface, which leads to a longer shelf life of the same.
Claims (4)
wasserlöslicher stabiler Kupfer-Komplexe befähig- Das reduktive Verkupferungsbad nach der Erten Komplexbildner für Kupferionen sowie ein findung ist dadurch gekennzeichnet, daß als Reduk-Reduktionsmittelenthält, dadurch gekenn- tionsmittel eine Verbindung verwendet wird, die zur zeichnet, daß als Reduktionsmittel eine Ver- Gruppe der Alkaliborhydride bzw. der Aminoborane bindung verwendet wird, die zur Gruppe der io gehört, und daß der Badlösung eine geringe Menge Alkaliborohydride bzw. der Aminoborane gehört, einer Cyanverbindung zugesetzt ist.1. Reductive copper plating bath, which is incorporated into a type of boron compound based on a water-soluble copper salt and a cyano compound to form 5,
The reductive copper plating bath according to the Erten complexing agent for copper ions as well as a discovery is characterized in that a compound is used as the reducing agent which identifies that the reducing agent is a group of Alkali borohydrides or the aminoborane bond is used, which belongs to the group of io, and that the bath solution contains a small amount of alkali borohydrides or the aminoboranes, a cyano compound is added.
Cyanid oder ein organisches Nitril ist. Geeignet sind alle wasserlöslichen Borohydride mit3. Bath according to claim 1, characterized in that the metal cation on catalytic surfaces is net in that the cyano compound has a low inorganic tendency to spontaneous reaction.
Is cyanide or an organic nitrile. All water-soluble borohydrides are suitable
langem bekannt, z. B. die Verwendung von Aminbora- WasserlöslichesThe use of boron-containing reductions- 40-like baths has approximately the following composition: averaging in the reductive metal deposition has been since
long known, z. B. the use of amine bora water-soluble
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---|---|---|---|
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US37750964 | 1964-06-24 | ||
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Publications (3)
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